GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein brennkraftbetriebenes Setzgerät, wie beispielsweise aus der DE 10 2008 000 909 A1 bekannt.

Ein Nagel oder ähnliches Befestigungsmittel kann von dem Setzgerät in einen Untergrund getrieben werden. Die dafür notwendige Energie wird durch Verbrennen eines Brennstoffs in einer Brennkammer erzeugt. Ein Treibkolben setzt die bei der Verbrennung freiwerdende Energie in eine Bewegung um und schlägt mit einem Stößel auf einen Nagel. Der Treibkolben ist in einer Kolbenführung gelagert, in welche die heißen Verbrennungsgase aus der Brennkammer entweichen können. Die druckdichte Kolbenführung stellt sicher, dass sich der Überdruck der Verbrennungsgase nur unter Vortrieb des Treibkolbens abbauen kann. Die Kolbenführung und der Treibkolben müssen passgenau gefertigt sein, um den druckdichten Abschluss zu gewährleisten. Die Herstellung sowohl des Kolbenführung und des Kolbens erfolgt daher aus einem Vollkörper, die durch spanende Verfahren auf die gewünschten Innendurchmesser und Außendurchmesser getrimmt werden. Die Oberflächen müssen zum Erreichen einer hohen Güte nachbehandelt werden, auch um durch Bohrungen entstandene Grate zu entfernen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG Das erfindungsgemäße Setzgerät zum Setzen von Befestigungselementen hat eine Brennkammer zum Verbrennen eines Brennstoffs zu Verbrennungsgasen. Ein Treibkolben ist an einer Innenfläche einer rohrförmigen Kolbenführung geführt. Der Treibkolben ist durch die Verbrennungsgase in der Brennkammer und der Kolbenführung angetrieben. Die Kolbenführung ist aus einem zu einem Rohr gebogenen Blechstreifen gebildet, dessen zwei gegenüberliegende Längskanten durch eine Naht und/oder einen verzahnten Formschluss verbunden sind. Eine wenn auch geringere so doch ausreichende Formgenauigkeit und Formstabilität kann mittels eines Blechstreifens erreicht werden.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ermöglicht ein Einbringen einer Entlüftungsöffnung in die Kolbenführung, ohne aufwändige Nachbearbeitungsschritte wie Höhnen, Entgraten etc.. Das Herstellungsverfahren sieht vor Löcher in einen Blechstreifen einzubringen, den Blechstreifen zu einem Kolbenführung kalt umzuformen und Längskanten des Blechstreifens durch eine Naht miteinander materialschlüssig zu verbinden und/oder durch eine Verzahnung formschlüssig zu verbinden. Anschließend wird ein Treibkolben in das Kolbenführung eingesetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine Abkehr von dem Vorurteil dar, die Kolbenführung müsse aus einem Vollkörper spanend hergestellt werden.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass Entlüftungsöffnungen durch ein der Brennkammer entferntes Ende der Kolbenführung gestanzt sind. Der Stanzfuss ist an der Innenfläche Kolbenführung. Das Stanzen ausgehend von der späteren Innenfläche sorgt für eine gratfreie Innenfläche. Der Innenfläche ist zwar durch den eingewölbten kegelförmigen Stanzfuss leicht deformiert, aber bedarf keiner Nachbearbeitung, insbesondere kein Entgraten.

Die Innenfläche ist seiner Form nach der Außenkontur des Kolbens angepasst, damit dieser sauber geführt ist und druckdicht abschließt. Eine geringfügige Abweichung durch Vertiefungen erweist sich als vorteilhaft hinsichtlich der Reibung, ohne die Führung und insbesondere den für das Konzept des Vortriebs mittels der Brenngase essentiellen druckdichten Abschluss zu beeinträchtigen. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Vertiefungen eine Tiefe zwischen 10 μηη und 100 μηη aufweisen. Geringere Vertiefungen zeigen keinen Einfluss, es wird vermutet der Schmierfilm gleicht diese Vertiefungen aus. Größere Vertiefungen erhöhten der Abrieb der Dichtelemente und verringerten somit die Lebensdauer. Eine Abmessung der Vertiefung parallel zu der Arbeitsachse ist vorzugsweise geringer als 200 μηη. Die Vertiefungen haben einen Flächenanteil zwischen 1 % und 10 % der Innenfläche.

Eine Innenfläche des Führungsrohrs kann mit mehreren, schräg zu der Arbeitsachse verlaufenden Rillen und/oder kreisförmigen, quadratischen oder rautenförmigen Dellen versehen sein. Die Rillen haben eine um wenigstens eine Größenordnung größere Länge als Breite. Die Dellen sind etwa gleich lang wie breit.

Die schräg verlaufenden Rillen verringern die Reibkraft ohne, wie zunächst befürchtet, eine Abdichtung der pneumatischen Kammer für die Luftfeder deutlich zu verschlechtern. Insgesamt konnte die Effizienz des Schlagwerks gesteigert werden, d.h. das Verhältnis der von dem Schläger an das Werkzeug abgegebenen Schlagenergie zu der von dem Motor über den Erreger eingespeisten Energie konnte gesteigert werden. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Rillen einander rautenförmig kreuzen. Eine Gruppe von Rillen hat eine andere Umlaufsrichtung um die Arbeitsachse als die Rillen einer anderen Gruppe. Ein Neigungswinkel der Rillen gegenüber der Arbeitsachse liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 30 Grad und 50 Grad. Dies gilt insbesondere, wenn die Neigung der Rillen über deren gesamte Länge konstant ist. Bei einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Neigungswinkel längs einer Schlagrichtung abnimmt. Der Neigungswinkel liegt im Bereich des Schlagpunkts bei 20 Grad bis 40 Grad.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Setzgerät;

Fig. 2 eine Kolbenführung;

Fig. 3 eine abgerollte Innenfläche der Kolbenführung;

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Kolbenführung

Fig. 5 eine abgerollte Innenfläche der Kolbenführung

Fig. 6 einen Querschnitt durch die Kolbenführung

Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes Setzgerät 1 für Nägel 2, welches mittels eines brennbaren Kraftstoffs betrieben wird. Der Kraftstoff ist vorzugsweise ein Gas oder ein leicht flüchtiger Flüssigbrennstoff. Das Setzgerät 1 hat einen Handgriff 3, mit welchem der Anwender das Setzgerät führen und beim Setzen der Nägel 2 halten kann. Der Handgriff 3 ist unlösbar, starr oder mittels Dämpfungselementen, mit einem Gehäuse 4 des Setzgeräts 1 verbunden. Am oder nahe des Handgriffs 3 ist ein Triggerschalter 5, welcher bei Betätigung durch den Anwender einen Setzvorgang auslöst. Vorzugsweise ist neben dem Betätigen des Triggerschalters 5 noch ein Sicherheitsmechanismus, z.B. durch Anpressen des Setzgeräts an eine Wand, freizuschalten.

Eine Kartusche 6 mit dem Kraftstoff ist in das Gehäuse 4 einsetzbar. Die Kartusche 6 kann zum Nachfüllen von Kraftstoff getauscht oder nachgefüllt werden.

Einer Brennkammer 7 kann eine Portion des Kraftstoffs zugeführt werden. Dies erfolgt vorzugsweise ansprechend auf ein Betätigen des Triggerschalters 5. Beispielsweise gibt ein Ventil 8 eine Zuleitung 9 zwischen der Kartusche 6 und der Brennkammer 7 für eine vordefinierte Zeit frei. Alternativ oder zusätzlich misst das Ventil 8 eine Durchflussmenge durch die Zuleitung 9 und schließt, nachdem eine vordefinierte Menge in die Brennkammer 7 eingeströmt ist.

Die Brennkammer 7 ist mit einer Zündkerze 10 oder ähnlichen Zündeinrichtung versehen, um das in die Brennkammer 7 eingeströmte Gas oder in der Brennkammer 7 sich verflüchtigte Gase des Brennstoffs zu zünden. Die Brennkammer 7 hat einen einzigen Auslass 11 , durch welchen die Verbrennungsgase ausströmen können.

Anstelle eines gasförmigen oder flüssigen Brennstoffs kann auch ein pulverförmiger Brennstoff verwendet werden. Das Pulver ist vorteilhafterweise in Patronen portioniert, welche in die Brennkammer 7 eingesetzt werden können. Die Zündeinrichtung ist zum Zünden der Patronen ausgelegt. Bei der Explosion des Pulvers entstehen ebenfalls den Treibkolben 12 treibende Verbrennungsgase. Eine Kolbenführung 13 und ein in der Kolbenführung 13 angeordneter Treibkolben 12 verschließen den Auslass 11. Die Kolbenführung 13 ist im Wesentlichen ein zylindrisches Rohr, welches sich an die Brennkammer 7 anschließt. Ein Durchmesser der Kolbenführung 13 ist gleich oder größer wie der Auslass 11. Die Verbrennungsgase können von der Brennkammer 7 nur in die Kolbenführung 13 einströmen. Die Kolbenführung 13 ist umfänglich geschlossen. Eine Entlüftungsöffnung 14 ist an einem der Brennkammer 7 abgewandten Ende der Kolbenführung 13 vorgesehen. Die Verbrennungsgase können erst durch diese vorgesehene Entlüftungsöffnung 14 ausströmen. Der Treibkolben 12 ist in die Kolbenführung 13 eingesetzt. Der Treibkolben 12 ist längs der von der Kolbenführung 13 vorgegebenen Arbeitsachse 15 in dem Kolbenführung 13 beweglich gelagert. Der beispielsweise zylindrische Treibkolben 12 ist passgenau an den Innenquerschnitt der Kolbenführung 13 angepasst. Der Treibkolben 12 liegt vollumfänglich an einer Innenwand 16 der Kolbenführung 13 an. Ein Dichtungsring kann den Umfang des Treibkolben 12 umspannen, um Toleranzen in der Fertigung auszugleichen. Der Treibkolben 12 verschließt den von dem Kolbenführung 13 und der Brennkammer 7 definierten Hohlraum. Da die Verbrennungsgase weder durch die Brennkammer 7 noch das Kolbenführung 13 entweichen können, drücken die Verbrennungsgase den Treibkolben 12 längs der Arbeitsachse 15 in eine von der Brennkammer 7 wegweisende Treibrichtung 17. Der Treibkolben 12 wird beschleunigt und erreicht vorzugsweise mit geringen Verlusten eine vordefinierte kinetische Energie. Der Treibkolben 12 ist mit einem starr verbunden Stößel 18 versehen. Der stabförmige Stößel 18 ragt in eine Nagelaufnahme 19 hinein. Die Nagelaufnahme 19 ist beispielsweise rohrförmig. Ein Anwender legt in die Nagelaufnahme 19 ein Nagel ein, oder ein automatische oder semiautomatische Zuführung legt einen Nagel in die Nagelaufnahme 19 ein. Der mit dem Treibkolben 12 beschleunigte Stößel 18 schlägt auf den Nagel auf und schiebt diesen in Treibrichtung 17 vor, z.B. in ein Werkstück.

Die Bewegung des Treibkolbens 12 und des Stößels 18 in Treibrichtung 17 werden durch einen Anschlag 20 gestoppt. Der Treibkolben 12 überfährt beim Erreichen des Anschlags 20 die Entlüftungsöffnung 14. Die Verbrennungsgase können dann entweichen.

Die Kolbenführung 13 ist aus einem gebogenen Blechstreifen 21 hergestellt, der durch eine Naht und/oder einen verzahnten Verschluss längs der Arbeitsachse 15 geschlossen ist (Fig. 2). Die gegenüberliegenden Ränder 22 des Blechstreifens 21 können mit einer Verzahnung versehen sein, die bei dem zu der Kolbenführung 13 gebogenen Blechstreifen 21 ineinandergreifen. Die Verzahnung 23 kann zusätzlich durch eine Schweißnaht luftdicht verschlossen werden. Alternativ kann die Verzahnung 23 mit einem Kunststoff luftdicht versiegelt sein. Der Blechstreifen 21 ist in Fig. 3 abgerollt dargestellt. Fig. 4 zeigt die Kolbenführung 13 in einem Querschnitt. Ein beispielhaftes Herstellungsverfahren für die Kolbenführung 13 beginnt mit einem Endlosband. Das Endlosband hat vorzugsweise eine Breite, die etwa um 0,5 % bis 2 % geringer als ein Umfang der herzustellenden Kolbenführung 13 ist. Eine Stanze stanzt die Entlüftungsöffnungen 14 in das Endlosband. Die Stanze drückt vorzugsweise von der späteren Innenfläche 16 nach außen, damit sich der Stanzeinzug auf der Innenfläche 16 ausbildet. Der Stanzeinzug ist eine etwa trichterförmige Vertiefung in dem Material des Endlosbandes, welche beim Durchdrücken des Stempels entsteht. Eine Mehrzahl von Rollen walzt das Endlosband in mehreren Stufen zu einem endlosen Rohr. Die Seite mit dem Stanzeinzug kommt dabei an der Innenfläche des Rohrs zu liegen. Die nach dem Umformen gegenüberliegenden Ränder 22 des Endlosbandes werden miteinander verschweißt. Das Verschweißen kann beispielsweise per Induktion erfolgen. Eine entsprechende Schweißsonde kann in den Bereich, in dem die beiden Ränder 22 sich zu berühren beginnen, gehalten sein. Durch das Verschweißen bildet sich eine Naht 24, welche die beiden Ränder materialschlüssig und luftdicht miteinander verbindet.

Eine Stanze kann die Ränder 22 mit der Verzahnung 23 versehen. Die Verzahnung 23 der beiden Ränder 22 kommen beim Rollen des Endlosbandes miteinander in Eingriff. Die Verzahnung 23 kann mit einer hohen Passgenauigkeit erstellt werden, um einen ausreichend druckdichten Verschluss für das Kolbenführung 13 zu erreichen. Die Verzahnung 23 kann alternativ oder zusätzlich zu der Schweißnaht 24 verwendet werden. In weiteren Ausgestaltungen kann die Verzahnung 23 an der Außenseite durch eine Silikonmasse oder andere Dichtmittel verschlossen werden.

Das Rohr für die Kolbenführung 13 wird von dem hergestellten Endlosrohr abgelängt. Die Kolbenführung 13 wird ein oder mehrfach über einen Kalibrationszylinder oder Kalibrationskonus geschoben und dabei auf den gewünschten Umfang aufgeweitet. Der Umfang des Kalibrationszylinders ist vorzugsweise perfekt kreisförmig und etwas größer als der innere Umfang des endlosen Rohrs. Die Kolbenführung 13 wird an einem Ende mit der Brennkammer 7 verschweißt. Der Treibkolben 12 wird in die Kolbenführung 13 eingesetzt.

Eine weiteres Herstellungsverfahren beginnt mit einem Endlosband, dessen Breite beispielsweise etwa der Länge der Kolbenführung entspricht. Die Entlüftungsöffnungen und ggf. Verzahnung 23 werden gestanzt. Ein Blechstreifen 21 wird abgetrennt und zu der Kolbenführung 13 gewickelt. Der Blechstreifen 21 kann rechtwinklig oder rautenförmig sein. Die Ränder 22 werden miteinander verschweißt und/oder durch die Verzahnung 23 druckdicht miteinander verbunden. Die Reibungsverluste des Treibkolbens 12 an der Innenfläche 16 der Kolbenführung 13 sollen möglichst minimal sein. Eine erste Verminderung der Reibung wird durch einen Schmierfilm erreicht. Eine strukturierte Innenfläche 16 erweist sich zusätzlich als vorteilhaft gegenüber einen vollständig glatten Innenfläche. Die Innenfläche 16 ist mit schräg zu der Arbeitsachse 15 verlaufenden Rillen 25 versehen. Fig. 3 zeigt die abgerollte Innenfläche 16 der Kolbenführung 13. Die Rillen 25 haben eine Tiefe 26 von mehr als 10 μηη (Mikrometer) und eine Tiefe 26 von weniger als 100 μηη. Eine Breite 27 der Rillen 25 liegt im Bereich der Tiefe 26. Beispielsweise sind die Rillen 25 etwa einfach bis fünffach so breit wie tief. Die Tiefe 26 ist die Abmessung der Rille 25 in radialer Richtung, die Breite 27 die geringste Abmessung der Rille 25 auf der Innenfläche 16 und die Länge ist die größte Abmessung auf der Innenfläche 16. Die Rillen 25 können sich über die gesamte Länge 28 der Kolbenführung 13 erstrecken.

Die Rillen 25 verlaufen schraubenförmig entlang der Innenfläche 16. Eine Neigung der Rillen 25 gegenüber der Arbeitsachse 15 bleibt über deren Länge vorzugsweise konstant. Eine erste Gruppe 29 der Rillen 25 verläuft in einem positiven Drehsinn und eine zweite Gruppe 30 der Rillen 25 verläuft in einem negativen Drehsinn. Die Rillen 25 der beiden Gruppen 29, 30 kreuzen sich wechselseitig.

Benachbarte Rillen 25, einer Gruppe 29, 30, sind zueinander in einem Abstand zwischen 5 000 μηη bis 20 000 μηη längs der Arbeitsachse 15 versetzt angeordnet. Die Innenfläche 16 zwischen den benachbarten Rillen 25 ist vorzugsweise glatt. Glatt bedeutet, eine Rauigkeit der Innenfläche 16 zwischen den Rillen 25 ist um wenigstens eine Größenordnung geringer als die Tiefe 26 der Rillen 25.

Ein Betrag des Neigungswinkels 31 der Rillen 25 gegenüber der Arbeitsachse 15 liegt im Bereich zwischen 30 Grad und 50 Grad. Der Zusammenhang der Neigung im Wechselspiel mit dem Treibkolben 12, dem Dichtring, dem Schmierfilm und den sich periodisch ändernden Temperatur- und Druckverhältnissen ist nicht vollständig verstanden. Neigungswinkel 31 außerhalb des Bereichs, sowohl geringere als auch größere, resultieren jedoch in größeren Verlusten des Setzgeräts 1. Der Neigungswinkel 31 der schraubenförmigen Rillen 25 ist die Differenz von dem Gangwinkel zu 90 Grad.

Die Rillen 25 werden vorzugsweise in den Blechstreifen 21 gewalzt oder mit einem anderen spanlosen Verfahren eingebracht. Die Innenfläche 16 bleibt somit gratfrei. Eine weitere Ausführungsform sieht eine Variation des Neigungswinkels 31 längs der Arbeitsachse 15 vor. Der Neigungswinkel 31 gegenüber der Arbeitsachse 15 nimmt in Treibrichtung 17 zu. Nahe der hinteren Umkehrpunkt muss die Kolbenführung 13 gegen den hohen Luftdruck in der Brennkammer 7 dicht sein. Hierfür werden möglichst zu der Arbeitsachse 15 senkrechte Rillen 25 bevorzugt. Diese Orientierung der Rillen 25 erzeugen jedoch wohl einen größeren Reibwiderstand als zu der Arbeitsachse 15 parallele Rillen 25. Der Neigungswinkel 31 liegt nahe der Brennkammer 7 zwischen 40 Grad und 60 Grad und nimmt in Richtung zu dem Anschlag 20 auf zwischen 20 Grad und 30 Grad ab.

Eine Ausführungsform hat anstelle oder zusätzlich zu den Rillen 25 punktförmige Dellen 32 (Fig. 5). Die Dellen 32 haben eine Tiefe 26 zwischen 10 μηη und 100 μηη. Ein Durchmesser 33 der Dellen 32 liegt etwa im Bereich ihrer Tiefe 26. Die Dellen 32 sind vorzugsweise regelmäßig angeordnet, z.B. auf Knotenpunkten eines Gitters mit rechtwinkligen oder rautenförmigen Zellen. Die gesamte Fläche der Dellen 32 ist deutlich geringer als die Innenfläche 16, z.B. geringer als 10 %. Die restliche Innenfläche 16 ist vorzugsweise glatt, d.h. hat eine Rauhigkeit von deutlich weniger als 10 μηη. Der Treibkolben 12 ist von der glatten Innenfläche 16 geführt.

Die Dellen 32 können beispielsweise mit einem Stempel in die Innenfläche 16 eingeprägt werden. Der Aufwurf beim Prägen kann durch ein nachfolgendes Einwalzen oder Stempeln eingeebnet werden.